גוגל גילתה פיתוחים הקשורים לפרוטוקול הרשת המאובטח PSP

גוגל הודיעה על פתיחת מפרטים ויישום ייחוס של PSP (PSP Security Protocol), המשמש להצפנת תעבורה בין מרכזי נתונים. הפרוטוקול משתמש בארכיטקטורת אנקפסולציה של תעבורה הדומה ל-IPsec ESP (Encapsulating Security Payloads) over IP, ומספקת הצפנה, בקרת שלמות קריפטוגרפית ואימות מקור. קוד היישום של PSP כתוב ב-C ומופץ תחת רישיון Apache 2.0.

תכונה של PSP היא אופטימיזציה של הפרוטוקול כדי להאיץ את החישובים ולהפחית את העומס על המעבד המרכזי על ידי העברת פעולות ההצפנה והפענוח לצד כרטיסי הרשת (הורדה). האצת חומרה דורשת כרטיסי רשת מיוחדים התואמים ל-PSP. עבור מערכות עם כרטיסי רשת שאינן תומכות ב-PSP, מוצע יישום תוכנה של SoftPSP.

פרוטוקול UDP משמש כתחבורה להעברת נתונים. חבילת PSP מתחילה עם כותרת IP, ואחריה כותרת UDP, ולאחר מכן כותרת PSP משלה עם מידע הצפנה ואימות. לאחר מכן, התוכן של חבילת ה-TCP/UDP המקורית מצורף, ומסתיים בבלוק PSP סופי עם סכום ביקורת לאישור שלמות. כותרת ה-PSP, כמו גם הכותרת והנתונים של החבילה המובלעת, מאומתים תמיד כדי לאשר את זהות החבילה. ניתן להצפין את הנתונים של החבילה המובלעת, בעוד שניתן להחיל הצפנה באופן סלקטיבי תוך השארת חלק מכותרת ה-TCP בברור (תוך שמירה על בקרת אותנטיות), למשל, כדי לספק את היכולת לבדוק מנות על ציוד רשת מעבר.

PSP אינו קשור לאף פרוטוקול חילופי מפתחות ספציפי, מציע מספר אפשרויות פורמט מנות ותומך בשימוש באלגוריתמים קריפטוגרפיים שונים. לדוגמה, ניתנת תמיכה באלגוריתם AES-GCM להצפנה ואימות (אימות) ו-AES-GMAC לאימות ללא הצפנה של הנתונים בפועל, למשל כאשר הנתונים אינם בעלי ערך, אך עליך לוודא כי הם אינם בעלי ערך. טופלו במהלך השידור ושזהו הנכון שנשלחו במקור.

בניגוד לפרוטוקולי VPN טיפוסיים, PSP משתמש בהצפנה ברמת חיבורי רשת בודדים, ולא בכל ערוץ התקשורת, כלומר. PSP משתמש במפתחות הצפנה נפרדים עבור חיבורי UDP ו-TCP עם מנהור שונים. גישה זו מאפשרת להשיג בידוד קפדני יותר של תעבורה מיישומים ומעבדים שונים, דבר שחשוב כאשר אפליקציות ושירותים של משתמשים שונים פועלים על אותו שרת.

גוגל משתמשת בפרוטוקול PSP הן כדי להגן על התקשורת הפנימית שלה והן כדי להגן על התעבורה של לקוחות Google Cloud. הפרוטוקול תוכנן תחילה לעבוד ביעילות בתשתיות ברמת גוגל ואמור לספק האצת חומרה של הצפנה בנוכחות מיליוני חיבורי רשת פעילים והקמת מאות אלפי חיבורים חדשים בשנייה.

שני מצבי פעולה נתמכים: "מצבי" ו"חסר מדינה". במצב "חסר מצב", מפתחות ההצפנה מועברים לכרטיס הרשת במתאר החבילות, ולפיענוח הם נשלפים משדה SPI (אינדקס פרמטר אבטחה) הקיים בחבילה באמצעות מפתח ראשי (256 סיביות AES, המאוחסן ב- הזיכרון של כרטיס הרשת והוחלף כל 24 שעות), מה שמאפשר לשמור זיכרון כרטיס רשת ולמזער מידע על מצב החיבורים המוצפנים המאוחסנים בצד הציוד. במצב "מצבי", המפתחות לכל חיבור מאוחסנים בכרטיס הרשת בטבלה מיוחדת, בדומה לאופן שבו מיושמת האצת חומרה ב-IPsec.

PSP מספק שילוב ייחודי של יכולות פרוטוקול TLS ו-IPsec/VPN. TLS התאים לגוגל מבחינת אבטחה לכל חיבור, אך לא התאים בשל חוסר הגמישות שלה להאצת חומרה והיעדר תמיכה ב-UDP. IPsec סיפק עצמאות פרוטוקול ותמך היטב בהאצת חומרה, אך לא תמך בקשירת מפתח לחיבורים בודדים, תוכנן למספר קטן של מנהרות שנוצרו, והיו לו בעיות בקנה מידה של האצת חומרה עקב אחסון מצב ההצפנה המלא בטבלאות הממוקמות בזיכרון של כרטיס הרשת (לדוגמה, נדרש זיכרון של 10 ג'יגה-בייט כדי לטפל ב-5 מיליון חיבורים).

במקרה של PSP, ניתן להעביר מידע על מצב ההצפנה (מפתחות, וקטורים אתחול, מספרי רצף וכו') במתאר מנות TX או בצורה של מצביע לזיכרון המערכת המארח, מבלי לתפוס את זיכרון כרטיס הרשת. לפי גוגל, כ-0.7% מכוח המחשוב וכמות גדולה של זיכרון הושקעו בעבר בהצפנת תעבורת RPC בתשתית החברה. הכנסת PSP באמצעות האצת חומרה אפשרה להפחית נתון זה ל-0.2%.

מקור: OpenNet.ru